现代化工绿色化工课件.ppt

1、12009/08化工工艺学化工工艺学IntroductionIntroduction toto chemicalchemical industryindustry主讲主讲 丁明洁丁明洁化学与材料工程学院化学与材料工程学院.化工工艺学化工工艺学An Introduction to Chemical Engineering 第第7 7讲讲 绿色化工绿色化工.一、一、传统化工面临的挑战传统化工面临的挑战化工资源与能源的危机化工资源与能源的危机石油、煤和天然气既可用做能源，也是化石油、煤和天然气既可用做能源，也是化工的起始原料。工的起始原料。由价廉的石油得到各种石油化工产品。由价廉的石油得到各种石油化

2、工产品。石油化工产品与规模空前发展。人们逐渐石油化工产品与规模空前发展。人们逐渐认识到化工资源的匮乏和能源的危机。认识到化工资源的匮乏和能源的危机。3.传统化工对生态环境的污染传统化工对生态环境的污染 化工科技的进步为人们生活和社会发展化工科技的进步为人们生活和社会发展化工三废对生态环境的影响化工三废对生态环境的影响 有害化学品对人类与生态环境的影响有害化学品对人类与生态环境的影响4.5.6.7.8.9.10.11.科技发展的基本思考科技发展的基本思考可持续性发展可持续性发展 目前：人类生存安全目前：人类生存安全 中级：人类生存质量中级：人类生存质量 初级：人类生存初级：人类生存 人们逐渐认识

3、到可持续性发展要依赖科技人们逐渐认识到可持续性发展要依赖科技进步；但并非一切科技都支持可持续性发展。进步；但并非一切科技都支持可持续性发展。只有满足人类生存、生存质量和生存安全三个只有满足人类生存、生存质量和生存安全三个方面的要求，科技进步才能够成为人类不断进方面的要求，科技进步才能够成为人类不断进步的推动力。步的推动力。12.人类面临的五大基本问题人类面临的五大基本问题人类面临的五大基本问题是：人类面临的五大基本问题是：人口人口,粮食，能源，资源，环境。粮食，能源，资源，环境。在化学化工领域，认识到化工资源的短缺危机与在化学化工领域，认识到化工资源的短缺危机与传统化工的三废对污染环境的挑战促

4、使各国政府传统化工的三废对污染环境的挑战促使各国政府倡导倡导“绿色化学与化工绿色化学与化工”。13.绿色化学的兴起绿色化学的兴起 绿色化学的兴起与原则绿色化学的兴起与原则 环保治理的三个发展阶段环保治理的三个发展阶段1.1.“稀释废物来防治环境污染稀释废物来防治环境污染”2.2.三废的后处理技术三废的后处理技术3.3.在源头防止废物的生成在源头防止废物的生成 14.绿色化学的基本原则绿色化学的基本原则 美国的美国的P.T.AnastasP.T.Anastas和和J.C.WanerJ.C.Waner曾提出绿色化曾提出绿色化学的学的1212条原则：条原则：（1 1）防止废物的生成比在其生成后再处理

5、更好。）防止废物的生成比在其生成后再处理更好。（2 2）设计的合成方法应使生产过程中所采用的原）设计的合成方法应使生产过程中所采用的原料最大量地进入产品之中。料最大量地进入产品之中。15.绿色化学的基本原则绿色化学的基本原则（3 3）设计合成方法时，只要可能，不论原料、中间）设计合成方法时，只要可能，不论原料、中间产物和最终产品，均应对人体健康和环境无毒、产物和最终产品，均应对人体健康和环境无毒、无害（包括极小毒性和无毒）。无害（包括极小毒性和无毒）。（4 4）化工产品设计时，必须使其具有高效的功能，）化工产品设计时，必须使其具有高效的功能，同时也要减少其毒性。同时也要减少其毒性。（5 5）应

6、尽可能避免使用溶剂、分离试剂等助剂，如）应尽可能避免使用溶剂、分离试剂等助剂，如不可避免，也要选用无毒无害的助剂。不可避免，也要选用无毒无害的助剂。16.绿色化学的基本原则绿色化学的基本原则（6 6）合成方法必须考虑过程中能耗对成本与环境的合成方法必须考虑过程中能耗对成本与环境的影响，应设法降低能耗，最好采用在常温常压下影响，应设法降低能耗，最好采用在常温常压下的合成方法。的合成方法。（7 7）在技术可行和经济合理的前提下，原料要采用）在技术可行和经济合理的前提下，原料要采用可再生资源代替消耗性资源。可再生资源代替消耗性资源。（8 8）在可能的条件下，尽量不用不必要的衍生物（）在可能的条件下，

7、尽量不用不必要的衍生物（derivatiza-tionderivatiza-tion），如限制性基团、保护），如限制性基团、保护/去保去保护作用、临时调变物理、化学工艺。护作用、临时调变物理、化学工艺。17.绿色化学的基本原则绿色化学的基本原则（9 9）合成方法中采用高选择性的催化剂比使）合成方法中采用高选择性的催化剂比使用化学计量（用化学计量（stoichiometricstoichiometric）助剂更优）助剂更优越。越。（1010）化工产品要设计成在其使用功能终结）化工产品要设计成在其使用功能终结后，它不会永存于环境中，要能分解成可后，它不会永存于环境中，要能分解成可降解的无害产物。降

8、解的无害产物。18.（1111）进一步发展分析方法，对危险物质在生成前实）进一步发展分析方法，对危险物质在生成前实行在线监测和控制。行在线监测和控制。（1212）选择化学生产过程的物质，使化学意外事故）选择化学生产过程的物质，使化学意外事故(包包括渗透、爆炸、火灾等括渗透、爆炸、火灾等)的危险性降低到最小程度。的危险性降低到最小程度。绿色化学的基本原则是从源头消除污染，包括绿色化学的基本原则是从源头消除污染，包括新设计或者重新设计化学合成、制造方法和化工产新设计或者重新设计化学合成、制造方法和化工产品来根除污染源。品来根除污染源。19.绿色化学的绿色化学的定义定义 绿色化学是指化学反应和过程以

9、绿色化学是指化学反应和过程以“原子经济性原子经济性”为基本原则，即在获取新物质的化学反应中充分为基本原则，即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子，利用参与反应的每个原料原子，实现实现零排放零排放。不仅充分利用资源，而且不产生污染；不仅充分利用资源，而且不产生污染；并采用并采用无毒、无害的溶剂、助剂和催化剂，无毒、无害的溶剂、助剂和催化剂，生产有利生产有利于环境保护、社区安全和人身健康的于环境保护、社区安全和人身健康的环境友好产环境友好产品品。20.绿色化工的定义绿色化工的定义绿色化工又称绿色化工又称清洁生产或环境友好技术清洁生产或环境友好技术，它，它是在绿色化学基础上开发的是

10、在绿色化学基础上开发的从源头从源头上阻止环上阻止环境污染的化工技术。境污染的化工技术。绿色化工与传统化工最主要的区别是从源头绿色化工与传统化工最主要的区别是从源头上阻止环境污染，上阻止环境污染，即设计和开发在各个环节即设计和开发在各个环节上都洁净和无污染的反应途径和工艺。上都洁净和无污染的反应途径和工艺。21.绿色化学与化工的关系绿色化学与化工的关系 绿色化学追求的目标是从源头上消除污染，而绿绿色化学追求的目标是从源头上消除污染，而绿色化工的目标则要求是经济效益和环境效益协调发色化工的目标则要求是经济效益和环境效益协调发展，可以概括为展，可以概括为“三高三高”、“三低三低”、“两小两小”。反应

11、要高转化率、高选择性和高能源利用率。反应要高转化率、高选择性和高能源利用率。原料要低毒、反应介质原料要低毒、反应介质(溶剂溶剂)要低毒、产品要低毒要低毒、产品要低毒产生废物小，副产物也要小产生废物小，副产物也要小 。22.绿色化学与化工是未来化学工业发展绿色化学与化工是未来化学工业发展的方向和基础的方向和基础绿色化学与化工是当今国际化学与化工科学研究的绿色化学与化工是当今国际化学与化工科学研究的前沿，它吸收了当代化学、物理、生物、材料、信前沿，它吸收了当代化学、物理、生物、材料、信息等科学的最新理论和技术，是具有明确的社会需息等科学的最新理论和技术，是具有明确的社会需求和科学目标的新兴交叉学科

12、。求和科学目标的新兴交叉学科。目前，绿色化学作为未来化学工业发展的方向和基目前，绿色化学作为未来化学工业发展的方向和基础，越来越受到各国政府、企业和学术界的关注。础，越来越受到各国政府、企业和学术界的关注。23.世界各国重视绿色化学与化工世界各国重视绿色化学与化工 美国总统克林顿宣布设立美国总统克林顿宣布设立“总统绿色化学挑战奖总统绿色化学挑战奖”一个由日本政府规划，旨在防止全球气候变暖、在一个由日本政府规划，旨在防止全球气候变暖、在2121世纪重建绿色地球的世纪重建绿色地球的“新阳光计划新阳光计划”开始实施。开始实施。19971997年底德国联邦政府正式通过了一个名为年底德国联邦政府正式通过

13、了一个名为“为环为环境而研究境而研究”的计划。的计划。24.绿色化学与化工的研究内容绿色化学与化工的研究内容 原料的绿色化原料的绿色化 无毒、无害原料；无毒、无害原料；可再生资源为原料可再生资源为原料化学反应的绿色化化学反应的绿色化 原子经济性反应；原子经济性反应；提高反应选择性提高反应选择性催化剂的绿色化催化剂的绿色化 ：无毒无害催化剂无毒无害催化剂溶剂的绿色化溶剂的绿色化 ：无毒无害溶剂无毒无害溶剂 产品的绿色化产品的绿色化 25.原子经济性反应和高选择性反应原子经济性反应和高选择性反应 原子经济性概念：原子经济性概念：原子经济性或原子利用率（原子经济性或原子利用率（%）=（被利用原子的质

14、量（被利用原子的质量/反应中所使用反应中所使用全部反应物分子的质量）全部反应物分子的质量）100%100%26.原子经济性反应和高选择性反应原子经济性反应和高选择性反应环氧乙烷的生产环氧乙烷的生产环氧丙烷的生产环氧丙烷的生产COCO气相催化偶联合成草酸二乙酯气相催化偶联合成草酸二乙酯27.使用无毒无害原料及可再生资源使用无毒无害原料及可再生资源 取代氢氰酸路线合成苯乙酸的新工艺取代氢氰酸路线合成苯乙酸的新工艺用生物质原料（淀粉、纤维素）合成乙醇等用生物质原料（淀粉、纤维素）合成乙醇等有机品有机品以生物质为原料制生物质能源以生物质为原料制生物质能源分子筛代替三氯化铝催化剂分子筛代替三氯化铝催化剂

15、 合成乙苯和异丙苯合成乙苯和异丙苯28.采用无毒无害溶剂采用无毒无害溶剂超临界二氧化碳超临界二氧化碳作为绿色溶剂的利用作为绿色溶剂的利用离子液体离子液体作为绿色溶剂的应用作为绿色溶剂的应用 29.环境无害的绿色化学产品环境无害的绿色化学产品 绿色化学产品应该具有两个特征：绿色化学产品应该具有两个特征：产品本身必须不会引起环境污染或健康问产品本身必须不会引起环境污染或健康问题，包括不会对野生生物、有益昆虫或植题，包括不会对野生生物、有益昆虫或植物造成损害；物造成损害；当产品被使用后，应该能再循环或易于在当产品被使用后，应该能再循环或易于在环境中降解为无害物质。环境中降解为无害物质。30.环境无害

16、的绿色化学产品环境无害的绿色化学产品可降解塑料的研制可降解塑料的研制 新型化学杀虫剂新型化学杀虫剂31.化工与高技术化工与高技术信息、微电子、自动化技术与化工信息、微电子、自动化技术与化工自动化技术自动化技术 新材料技术与化工新材料技术与化工 新能源技术与化工新能源技术与化工 空间技术与化工空间技术与化工 海洋开发技术与化工海洋开发技术与化工 32.2121世纪化工展望世纪化工展望 世界化工发展趋势世界化工发展趋势资源利用多元化资源利用多元化 产品结构精细化产品结构精细化 技术结构现代化技术结构现代化 经营管理全球化经营管理全球化 发展方向绿色化发展方向绿色化 33.Green Chemist

17、ry绿色化学、绿色化学、环境无害化学环境无害化学、环境友好化学环境友好化学或或清洁化学清洁化学绿色化学是对传统化学思维方式的更新和发展；绿色化学是对传统化学思维方式的更新和发展；绿色化学是从源头上消除污染；绿色化学是从源头上消除污染；绿色化学是合理利用资源和能源，符合经济可持续发绿色化学是合理利用资源和能源，符合经济可持续发展发求；展发求；绿色化学用化学技术和方法去减少或消灭对人类健康绿色化学用化学技术和方法去减少或消灭对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。试剂、产物、副产物等的使用和产生。绿色化

18、学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，实现废物的再产生废物，实现废物的“零排放零排放”。34.绿色化学的研究内容绿色化学的研究内容35.绿色化学研究的中心问题是使化学反应、化工工艺绿色化学研究的中心问题是使化学反应、化工工艺及其产物具有以下四个方面的特点：及其产物具有以下四个方面的特点：采用无毒、无害的采用无毒、无害的原料原料；在无毒、无害的在无毒、无害的反应条件反应条件（溶剂、催化剂等）下（溶剂、催化剂等）下进行；进行；使化学反应具有极高使化学反应具有极高选择性选择性，极少的副产物，甚，极少的副产物，甚至达到至达到“原子经济原子经济

19、”的程度，即在获取新物质的转的程度，即在获取新物质的转化过程中充分利用每个原料原子，实现化过程中充分利用每个原料原子，实现“零排放零排放”产品产品应是对环境无害的。绿色反应也要求具有一应是对环境无害的。绿色反应也要求具有一定的转化率，达到技术上经济合理。定的转化率，达到技术上经济合理。36.绿色化学的实现途径绿色化学的实现途径开发原子经济反应；开发原子经济反应；提高烃类氧化反应的选择性；提高烃类氧化反应的选择性；采用无毒、无害的原料；采用无毒、无害的原料；采用无毒、无害的催化剂；采用无毒、无害的催化剂；采用无毒、无害的溶剂；采用无毒、无害的溶剂；采用生物技术从可再生资源合成化学品；采用生物技术

20、从可再生资源合成化学品；环境友好产品；环境友好产品；计算机辅助的绿色化学设计；计算机辅助的绿色化学设计；有机电化学合成方法。有机电化学合成方法。37.绿色化学的历史发展与现状绿色化学的历史发展与现状美国美国“总统绿色化学挑战奖总统绿色化学挑战奖”；日本日本“新阳光计划新阳光计划”；英国皇家化学会创办绿色化学国际性化学期刊；英国皇家化学会创办绿色化学国际性化学期刊；中国科学院化学部中国科学院化学部“绿色化学技术绿色化学技术推动化工生推动化工生产可持续发展的途径产可持续发展的途径”；中国国家自然科学委员会与中石化集团中国国家自然科学委员会与中石化集团”环境友环境友好石油化工催化化学与化学反应工程好

21、石油化工催化化学与化学反应工程“重大基础重大基础研究项目；研究项目；绿色化学与技术已成为世界各国政府、企业和学绿色化学与技术已成为世界各国政府、企业和学术界关注的重要研究与发展方向。术界关注的重要研究与发展方向。38.绿色化学的绿色化学的1212项准则：项准则：（由美国化学会提出）（由美国化学会提出）1)1)预防环境污染预防环境污染 PreventionPrevention 防止废物的生成，而不是在废物产生后再进行处理。防止废物的生成，而不是在废物产生后再进行处理。2)2)原子经济性原子经济性 Atom EconomyAtom Economy 设计将所有反应物质尽可能全部转化为最终产品的合设计

22、将所有反应物质尽可能全部转化为最终产品的合成方法。成方法。3)3)无害化学合成无害化学合成 Less Hazardous Chemical Less Hazardous Chemical SynthesisSynthesis 在化学合成中尽量不使用和不产生对人类健康和环境在化学合成中尽量不使用和不产生对人类健康和环境有毒有害的物质。有毒有害的物质。复习：复习：绿色化学的发展预测绿色化学的发展预测(12(12项原则项原则)39.4)4)设计安全化学品设计安全化学品 Designing Safer ChemicalsDesigning Safer Chemicals 设计具有高使用效益低环境毒性的

23、化学品，在设计具有高使用效益低环境毒性的化学品，在这些产品被期望功能得以实现的同时，将其毒性降这些产品被期望功能得以实现的同时，将其毒性降到最低限度。到最低限度。5)5)使用安全溶剂和助剂使用安全溶剂和助剂 Safer Solvents and Safer Solvents and AuxiliariesAuxiliaries 尽量不使用溶剂等辅助物质，不得已使用时它尽量不使用溶剂等辅助物质，不得已使用时它们必须是无毒无害的。们必须是无毒无害的。6)6)提高能源经济性提高能源经济性 Design for Energy EfficiencyDesign for Energy Efficiency

24、 化学过程所需的能量应考虑其对环境的影响和化学过程所需的能量应考虑其对环境的影响和经济效益，能耗应最低，尽可能使合成技术在环境经济效益，能耗应最低，尽可能使合成技术在环境温度和压力下进行。温度和压力下进行。40.7)使用可再生的原料使用可再生的原料 Use of Renewable Feedstocks 尽量采用可再生的原料，特别是用生物质代替石油和煤等矿物原料。8)减少衍生物减少衍生物 Reduce Derivatives 如有可能应尽量减少副产物。9)新型催化剂的开发新型催化剂的开发 Catalysis 合成方法中应尽可能使用高选择性的催化剂。10)降解设计降解设计 Design for

25、Degradation 化学产品在使用完后应能降解成无害的物质，并且能进入自然生态循环。41.11)预防污染中的实时分析预防污染中的实时分析 Real-time analysis for Pollution Prevention 发展可进行实时分析的方法，实现在线监测，以便监控有害物质的形成。12)防止意外事故的安全工艺防止意外事故的安全工艺 Inherently Safer Chemistry for Accident Prevention 选择参加化学进程的物质，尽量减少发生意外事故的风险（包括泄露、爆炸和火灾）。NEXT 2.2 原料绿色化原料绿色化42.举例：举例：绿色化工生产技术中的

26、原料绿色化绿色化工生产技术中的原料绿色化绿色化工生产技术即化工生产清洁技术，绿色化工生产技术即化工生产清洁技术，是指化工生产中利用化学原理和工程技术是指化工生产中利用化学原理和工程技术来减少或消除造成环境污染的有害原料、来减少或消除造成环境污染的有害原料、催化剂、溶剂、助剂、副产品。催化剂、溶剂、助剂、副产品。原料绿色化原料绿色化;化学反应绿色化化学反应绿色化;反应介质绿色化反应介质绿色化.43.v传统的直至现代化工生产传统的直至现代化工生产,原材料大多数对人原材料大多数对人类健康、生态环境有毒有害；类健康、生态环境有毒有害；v绿色化学或绿色化工清洁生产，主要要考虑绿色化学或绿色化工清洁生产，

27、主要要考虑两大方面：两大方面：对人类健康和生态环境的影响；对人类健康和生态环境的影响；反应、转化成为目标产物（或产品）过程的反应、转化成为目标产物（或产品）过程的转换效率。转换效率。44.（1 1）替代光气）替代光气(COCl2)(COCl2)的绿色原料的绿色原料 光气用于制备异氰酸酯、碳酸二甲酯、聚碳酸酯光气用于制备异氰酸酯、碳酸二甲酯、聚碳酸酯等。光气剧毒，等。光气剧毒，1 1、2 2次世界大战期间曾用作化学武次世界大战期间曾用作化学武器。光气制备的产物也是毒性大的物质。器。光气制备的产物也是毒性大的物质。p 二氧化碳和胺直接反应生成异氰酸酯二氧化碳和胺直接反应生成异氰酸酯p 环氧乙烷、二

28、氧化碳、甲醇为原料制备碳酸二甲酯环氧乙烷、二氧化碳、甲醇为原料制备碳酸二甲酯p 一气化碳、甲醇、氧气为原料，制备碳酸二甲酯一气化碳、甲醇、氧气为原料，制备碳酸二甲酯化工生产原材料的无毒、无害化化工生产原材料的无毒、无害化45.（2 2）替代氢氰酸的绿色原料）替代氢氰酸的绿色原料氢氰酸剧毒。氢氰酸剧毒。氢氰酸用于生产含氰化合物、聚合物单体；氢氰酸用于生产含氰化合物、聚合物单体；制造尼龙制造尼龙6666传统方法是丁二烯和氢氰酸反应生成传统方法是丁二烯和氢氰酸反应生成己二腈而进行的；新工艺是丁二烯甲酰化和胺化己二腈而进行的；新工艺是丁二烯甲酰化和胺化法；法；传统方法是用氢氰酸和丙酮生产：异丁烯直接氧

29、传统方法是用氢氰酸和丙酮生产：异丁烯直接氧化生产甲基丙烯酸。化生产甲基丙烯酸。46.（3 3）其它的化工原料绿色化）其它的化工原料绿色化石油裂解制氢取代水煤气制氢石油裂解制氢取代水煤气制氢纤维素转化成乙酰丙酸纤维素转化成乙酰丙酸双氧水取代含氯双氧水取代含氯/硫氧化剂及漂白剂硫氧化剂及漂白剂47.可再生资源作为化工生产原材料可再生资源作为化工生产原材料（1 1）采用生物质材料制取燃料）采用生物质材料制取燃料（2 2）采用生物质材料制取精细有机化学品）采用生物质材料制取精细有机化学品生物质：生物质：由光合作用产生的所有生物有机体的总称，包括植物、农作物、林产物等。其中含有淀粉、纤维素、木质素等成分

30、48.生物质特点生物质特点可再生，储量丰富。仅每年再生的纤维素和木质素可再生，储量丰富。仅每年再生的纤维素和木质素折合成能量相当于石油年产量的折合成能量相当于石油年产量的15152020倍。倍。大部分已高度氧化，作为化工原料可避免氧化步骤大部分已高度氧化，作为化工原料可避免氧化步骤比矿物原料更清洁。比矿物原料更清洁。生物质来源于生物质来源于COCO2 2，燃烧后不增加大气中，燃烧后不增加大气中COCO2 2的含量。的含量。季节性强，产量、质量不稳定。需要大量土地。季节性强，产量、质量不稳定。需要大量土地。49.以生物质为原料生产的化工产品淀粉淀粉糊精，丙酮糊精，丙酮麦芽糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖乙醇

31、（丙醇乙醇（丙醇，丁醇，戊醇），丁醇，戊醇）乙醛，乙烯，乙醚乙醛，乙烯，乙醚乙酸乙酸乙酸乙酸乙酯乙酯纤维素纤维素葡萄糖葡萄糖葡萄糖酸，山梨糖醇，甘露糖醇葡萄糖酸，山梨糖醇，甘露糖醇，丙烯酸，丙烯酸半纤维素半纤维素木糖木糖糠醛糠醛木糖醇，呋喃木糖醇，呋喃四氢呋喃四氢呋喃，顺丁烯二酸酐，顺丁烯二酸酐木质素木质素蒽醌，酚，甲醇蒽醌，酚，甲醇50.1 1）物理法：）物理法：将生物质加热裂解成低分子物质，然后分将生物质加热裂解成低分子物质，然后分馏出有用成分。馏出有用成分。2 2）化学法：）化学法：采用水解、酸解、氧化还原降解将生物质采用水解、酸解、氧化还原降解将生物质变为小分子。变为小分子。物理法、化

32、学法物理法、化学法能耗高、产率低，副产物多且造成废能耗高、产率低，副产物多且造成废弃物污染环境。弃物污染环境。3 3）生物化学转化法：）生物化学转化法：利用酶将生物质降解为葡萄糖，利用酶将生物质降解为葡萄糖，然后转化为各种化学品。然后转化为各种化学品。生物化学转化法生物化学转化法过程复杂，且要借助于特殊的酶催化过程复杂，且要借助于特殊的酶催化剂或含酶的微生物作用才能进行，但这是今后生物质剂或含酶的微生物作用才能进行，但这是今后生物质利用的主要方向。利用的主要方向。目前将生物质资源用作化工原料的方法目前将生物质资源用作化工原料的方法51.生物质资源利用实例生物质资源利用实例一、历史悠久的发酵技术

33、大约5000年前，我国人民已掌握酿酒、酿醋技术。52.二、制取燃料1.1.制造酒精制造酒精巴西从巴西从2020世纪世纪7070年代施行用甘蔗糖生产乙醇的庞大计划年代施行用甘蔗糖生产乙醇的庞大计划,乙醇年产量已达乙醇年产量已达1.31.310107 7吨，是世界上最大的发酵乙醇吨，是世界上最大的发酵乙醇生产国。目前有生产国。目前有800800万辆汽车使用掺有万辆汽车使用掺有2222乙醇的汽油。乙醇的汽油。2.2.生产木质石油生产木质石油美国美国ShellShell公司利用生物工程技术以木材碎屑为原料生产公司利用生物工程技术以木材碎屑为原料生产液体燃料液体燃料生物粗油。该产品热效率达生物粗油。该产

34、品热效率达70%70%90%90%。英国采用液化技术，每吨木材可产出英国采用液化技术，每吨木材可产出240240木质石油、木质石油、160160沥青和沥青和159159气态燃料。气态燃料。3 3.生产生物柴油生产生物柴油美国俄亥俄州一个名叫奥柏林的高中生美国俄亥俄州一个名叫奥柏林的高中生,最近成功地用氢最近成功地用氢氧化钠和甲醇作为催化剂氧化钠和甲醇作为催化剂,将植物油分离成甘油和甲酯。将植物油分离成甘油和甲酯。甲脂就是生物柴油甲脂就是生物柴油,可替代柴油驱动柴油引擎汽车。可替代柴油驱动柴油引擎汽车。4.4.制取沼气制取沼气53.三、生产有机化学品三、生产有机化学品1.1.生产乙酰丙酸生产乙酰

35、丙酸19991999年，美国的年，美国的BiofineBiofine公司获得美国总统绿色化学挑战奖公司获得美国总统绿色化学挑战奖之小企业奖。他们的获奖项目是把废纤维转化成乙酰丙酸。之小企业奖。他们的获奖项目是把废纤维转化成乙酰丙酸。反应的原料可以是造纸废物、城市固体垃圾、不可循环使用反应的原料可以是造纸废物、城市固体垃圾、不可循环使用的废纸、废木材和农业残留物，用稀硫酸在的废纸、废木材和农业残留物，用稀硫酸在200200220220处理处理1515分钟，产率可达分钟，产率可达70%70%90%90%，同时可得有价值的副产品甲酸，同时可得有价值的副产品甲酸和糠醛。和糠醛。2.2.生产己二酸（尼龙

36、生产己二酸（尼龙6666的中间体）的中间体）美国美国MichiganMichigan州立大学的州立大学的J.W.FrostJ.W.Frost和和K.M.DrathsK.M.Draths开发出由开发出由淀粉和纤维素制取己二酸的新工艺。该工艺先由原料制取葡淀粉和纤维素制取己二酸的新工艺。该工艺先由原料制取葡萄糖，然后利用经萄糖，然后利用经DNADNA重组技术改进的细菌将葡萄糖转化为重组技术改进的细菌将葡萄糖转化为己二烯二酸，最后在催化剂的作用下加氢制备己二酸。该工己二烯二酸，最后在催化剂的作用下加氢制备己二酸。该工艺是采用可再生生物质资源代替石油资源制造化学品，实现艺是采用可再生生物质资源代替石油

37、资源制造化学品，实现过程无毒、无害、无污染的典型实例，荣获过程无毒、无害、无污染的典型实例，荣获19981998年美国年美国“总总统绿色化学挑战奖统绿色化学挑战奖”的学术奖。的学术奖。54.3.3.用玉米制塑料用玉米制塑料美国全国玉米种植者协会最近宣布，用玉米生产聚脂乳酸塑美国全国玉米种植者协会最近宣布，用玉米生产聚脂乳酸塑料的研究已取得了成功。这种技术可以将玉米加工成薄片或料的研究已取得了成功。这种技术可以将玉米加工成薄片或颗粒状的聚合物，就像是塑料的原料。用玉米制成的聚合物颗粒状的聚合物，就像是塑料的原料。用玉米制成的聚合物可以做成布料纤维，也可以做成杯子、瓶子、食品容器、包可以做成布料纤

38、维，也可以做成杯子、瓶子、食品容器、包装纸或地毯。用聚脂乳酸做成的面料有丝绸质感，耐用程度装纸或地毯。用聚脂乳酸做成的面料有丝绸质感，耐用程度可与涤纶媲美。此外，这种新材料能百分之百地生物降解。可与涤纶媲美。此外，这种新材料能百分之百地生物降解。4.4.用纤维素生产燃料酒精用纤维素生产燃料酒精将纤维素转化为葡萄糖的糖化过程和葡萄糖生成酒精的发酵将纤维素转化为葡萄糖的糖化过程和葡萄糖生成酒精的发酵过程结合起来的由维生素直接生产酒精的工艺获得成功，收过程结合起来的由维生素直接生产酒精的工艺获得成功，收率可达率可达80-90%80-90%。并已经过了中试试验。并已经过了中试试验。q20012001年

39、年9 9月月2222日，国家日，国家“十五十五”期间重点建设项目，中国最大期间重点建设项目，中国最大的燃料乙醇生产项目的燃料乙醇生产项目年产年产6060万吨燃料乙醇项目落户吉林万吨燃料乙醇项目落户吉林经济技术开发区。此项目投产后，年可消耗玉米经济技术开发区。此项目投产后，年可消耗玉米192192万吨，可万吨，可以很好地带动吉林省种植业、饲料加工业、畜牧业的发展，以很好地带动吉林省种植业、饲料加工业、畜牧业的发展，促进经济和社会的可持续发展。促进经济和社会的可持续发展。NEXT 2.3 原子经济性原子经济性55.绿色化工中的原子经济性绿色化工中的原子经济性 原子经济性的概念原子经济性的概念一、原

40、子经济性一、原子经济性 (Atom economy)(Atom economy)原子经济性原子经济性是指原料分子中有百分之几的原子转化是指原料分子中有百分之几的原子转化成了产物，用以评价不同工艺路线的原子利用程度成了产物，用以评价不同工艺路线的原子利用程度。原子经济性反应的特点：原子经济性反应的特点：1 1）最大限度地利用原料；）最大限度地利用原料；2 2）最大限度地减少废物的排放，减少污染。）最大限度地减少废物的排放，减少污染。56.二、原子利用率二、原子利用率 (Atom Utilization)(Atom Utilization)1 1、产物选择性或产率、产物选择性或产率某一化工反应过程

41、或合成工艺的优劣：某一化工反应过程或合成工艺的优劣：常用评价指标：产物选择性或产率常用评价指标：产物选择性或产率目标：追求最大经济效益目标：追求最大经济效益缺点：不考虑对环境的影响缺点：不考虑对环境的影响,无法估计所排无法估计所排放的废物数量和性质。放的废物数量和性质。57.2 2、原子利用率和、原子利用率和E-E-因子因子原子利用率原子利用率(简称简称AU)AU)T r o s tT r o s t 的 原 子 经 济 性 用 原 子 利 用 率的 原 子 经 济 性 用 原 子 利 用 率（A t o m Utilization,简称简称AU）衡量，其定义式如下：）衡量，其定义式如下：AU

42、=AU=目标产物的摩尔质量目标产物的摩尔质量/化工过程产物的所有物种化工过程产物的所有物种摩尔质量之和摩尔质量之和AUAU用来估算不同化工过程在不同工艺路线中的原子用来估算不同化工过程在不同工艺路线中的原子利用程度，由理论反应式算出。利用程度，由理论反应式算出。AUAU大，副产物则少大，副产物则少。它不是指产物的选择性，而是原子的选择性。它不是指产物的选择性，而是原子的选择性。表表2.2 2.2 典型化学计量式反应与催化反应中典型化学计量式反应与催化反应中AUAU值。值。58.E-E-因子因子(E-factor)(E-factor)Sheldon提出的提出的E因子更为符合绿色化工的要求，因子更

43、为符合绿色化工的要求，E-因子因子定义为每产出定义为每产出1kg产物所产生的副产物的千克数，去衡量产物所产生的副产物的千克数，去衡量化工过程的排弃量。化工过程的排弃量。在原子利用率和在原子利用率和E-因子指标中，因子指标中，废弃物废弃物是指预期产物以是指预期产物以外的任何副产物。外的任何副产物。化工行业化工行业产品规模产品规模/kg废弃物废弃物/产品产品石油炼制石油炼制10910110.1大宗化学品大宗化学品10710915(个别小于个别小于1)精细化学品精细化学品105107550(个别大于个别大于50)医药品医药品1041062510059.反应类型及其原子经济性反应类型及其原子经济性 1

44、 1分子重排反应分子重排反应(Rearrangements)(Rearrangements)分子重排反应是分子重排反应是100100原子经济反应，因为它通原子经济反应，因为它通过原子重整产生新的分子，所有反应原子都结合到产过原子重整产生新的分子，所有反应原子都结合到产物中。物中。2 2加成反应加成反应(Addition)(Addition)加成反应是原子经济反应，如环加成、烯烃溴化加成反应是原子经济反应，如环加成、烯烃溴化等，将反应物加到底物上，充分利用原料中的原子。等，将反应物加到底物上，充分利用原料中的原子。3 3取代反应取代反应(Substitution)(Substitution)取代

45、反应中，离子基团是终产物中不需要的废物取代反应中，离子基团是终产物中不需要的废物，反应的原子经济性降低，而其非原子经济程度则视，反应的原子经济性降低，而其非原子经济程度则视不同的试剂和底物而决定。不同的试剂和底物而决定。4 4消除反应消除反应(Elimination)(Elimination)消除反应是原子经济性最低的反应。消除反应是原子经济性最低的反应。NEXT 2.4 绿色催化剂绿色催化剂60.试论传统化工面临的挑战。试论传统化工面临的挑战。人类面临的五大基本问题是什么？人类面临的五大基本问题是什么？请说明环境保护治理的三个发展阶段。请说明环境保护治理的三个发展阶段。绿色化学与化工研究的主

46、要内容有哪些？绿色化学与化工研究的主要内容有哪些？试给出原子经济性（或原子利用率）的定义，试给出原子经济性（或原子利用率）的定义，并并举例说明。举例说明。试举例说明高新科技与现代化工之间的关系。试举例说明高新科技与现代化工之间的关系。绿色化学与化工的含义是什么？它们与传统化工的绿色化学与化工的含义是什么？它们与传统化工的主要区别在哪里？主要区别在哪里？绿色化学品应具有的两个主要特点是什么？绿色化学品应具有的两个主要特点是什么？试就化工的资源、产品、技术、经营和发展方向阐试就化工的资源、产品、技术、经营和发展方向阐述述2121世纪化工发展趋势。世纪化工发展趋势。思考题思考题61.谢谢谢谢您的关注！您的关注！